半导体存储器-数字电路.pptx
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1、1第七章第七章 半导体存储器半导体存储器第一节第一节 概述概述存储器:存储大量二值信息(或称为二值数据)的半导体器件。存储器:存储大量二值信息(或称为二值数据)的半导体器件。用途:在计算机或数字系统中存储数据。用途:在计算机或数字系统中存储数据。与寄存器的区别:以与寄存器的区别:以字字为单位存取,每字包含若干为单位存取,每字包含若干位位。各个字的。各个字的相同位通过相同位通过同一引脚同一引脚与外界联系。每个字分配一个与外界联系。每个字分配一个地址地址,因此内部,因此内部有地址译码器。有地址译码器。存储器存储器地地 址址数数 据据2分类:分类:掩模掩模ROM可编程可编程ROM(PROM)可擦除可
2、编程可擦除可编程ROM(EPROM)随机存储器随机存储器RAM静态存储器静态存储器SRAM动态存储器动态存储器DRAM按按功功能能(Read-Only Memory)(Random Access Memory)(Programmable ROM)(Erasable PROM)UVEPROMEEPROM只读存储器只读存储器ROMFlash Memory(Ultra-Violet)(Electrically)电可擦除电可擦除紫外线擦除紫外线擦除(Static RAM)快闪存储器快闪存储器(Dynamic RAM)只能读出不能只能读出不能写入写入,断电不失断电不失还可以按制造工艺还可以按制造工艺分为
3、双极型和分为双极型和MOS型两种。型两种。主要指标:存储容量、存取速度。主要指标:存储容量、存取速度。存储容量存储容量:用字数用字数位数表示,也可只用位数表示。如,某动位数表示,也可只用位数表示。如,某动态存储器的容量为态存储器的容量为109位位/片。片。3第二节第二节 只读存储器只读存储器ROM一、掩模只读存储器一、掩模只读存储器又称为固定又称为固定ROM。工厂。工厂按用户要求生产出来后,按用户要求生产出来后,用户不能改动。用户不能改动。1.ROM的构成的构成 存储矩阵存储矩阵:由若干存储:由若干存储单元排列成矩阵形式。单元排列成矩阵形式。储存单元:可由二极管、双极性三极管或储存单元:可由二
4、极管、双极性三极管或MOS管构成。管构成。地址译码器地址译码器:根据地址输入,在存储矩阵中选出指定的字对:根据地址输入,在存储矩阵中选出指定的字对应的单元,把数据送往输出缓冲器。应的单元,把数据送往输出缓冲器。输出缓冲器输出缓冲器:增加带负载能力;同时提供三态控制,以便和系:增加带负载能力;同时提供三态控制,以便和系统的总线相连。统的总线相连。存取速度:用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器存取速度:用完成一次存取所需的时间表示。高速存储器的存取时间仅有的存取时间仅有10ns左右。左右。4D3D2D1D02.工作原理工作原理按组合电路进行分析。按组合电路进行分析。二四线二四线译码器译码器A1
5、,A0的的四个最小四个最小项项字线字线存储矩阵是四个二极管或门;存储矩阵是四个二极管或门;当当EN=0时时,。D1=D3=A0D0=W1+W0=A1真值表:真值表:真值表与存真值表与存储单元有一储单元有一一对应关系一对应关系位线位线0011D01010D11101D21010D31010A01100A1D3=W1+W3=A1A0+A1A0=A0D2=W1=A1+A05二、可编程只读存二、可编程只读存储器储器PROM 用用MOS工艺制工艺制造的造的ROM的存储的存储矩阵如图:矩阵如图:或非门或非门 产品出厂产品出厂时存的全是时存的全是1,用户可一次性用户可一次性写入,即把某写入,即把某些些1改为
6、改为0。但。但不能多次擦除。不能多次擦除。存储单元多采用熔丝低熔存储单元多采用熔丝低熔点金属或多晶硅。写入时设法在点金属或多晶硅。写入时设法在熔丝上通入较大的电流将熔丝烧熔丝上通入较大的电流将熔丝烧断。断。编程编程时时VCC和字和字线电线电压提压提高高616字字8位的位的PROM十十六六条条字字线线八八条条位位线线20V十几微秒十几微秒编程脉冲编程脉冲 读出时,读出放读出时,读出放大器大器AR工作,写入工作,写入放大器放大器AW不工作。不工作。写入时,在位线写入时,在位线输入编程脉冲使写输入编程脉冲使写入放大器工作,且入放大器工作,且输出低电平,同时输出低电平,同时相应的字线和相应的字线和VC
7、C提提高到编程电平,将高到编程电平,将对应的熔丝烧断。对应的熔丝烧断。缺点:不能重复擦除。缺点:不能重复擦除。7三、可擦除的可编程只读存储器三、可擦除的可编程只读存储器(EPROM)(一)紫外线擦除的只读存储器(一)紫外线擦除的只读存储器(UVEPROM)是最早出现的是最早出现的EPROM。通常说的。通常说的EPROM就是指这种。就是指这种。1.使用浮栅雪崩注入使用浮栅雪崩注入MOS管管(Floating-gate Avalanche-Injuction MOS,简称,简称FAMOS管。)管。)写入:管子原来不导通。在漏源之间加上较写入:管子原来不导通。在漏源之间加上较高电压后(如高电压后(如
8、-20V),漏极),漏极PN结雪崩击穿,部结雪崩击穿,部分高速电子积累在浮栅上,使分高速电子积累在浮栅上,使MOS管导通。管导通。擦除:用紫外线或擦除:用紫外线或X射线擦除。需射线擦除。需2030分钟。分钟。浮栅上电荷可长期保存在浮栅上电荷可长期保存在125环环境温度下,境温度下,70%的电荷能保存的电荷能保存10年以上。年以上。存储单元如图。存储单元如图。缺点:需要两个缺点:需要两个MOS管;编程电压偏高;管;编程电压偏高;P沟道管的开关速沟道管的开关速度低。度低。82.使用叠栅注入使用叠栅注入MOS管管SIMOS(Stacked-gate Injuction MOS)用用N沟道管;增加控制
9、栅。沟道管;增加控制栅。SIMOS管原来可导通,管原来可导通,开启电压约为开启电压约为2V。注入电荷:在注入电荷:在DS间加高电压,同时在控制栅加间加高电压,同时在控制栅加25V、50mS宽的脉冲。由于控制栅上有电压,所以需要的漏源电压宽的脉冲。由于控制栅上有电压,所以需要的漏源电压相对较小。注入电荷后其开启电压达相对较小。注入电荷后其开启电压达7V,不能正常导通。,不能正常导通。存储单元如下页图。存储单元如下页图。256字字X1位。已注入电荷的位。已注入电荷的SIMOS管存入的是管存入的是1。构造:构造:9这是一种双译码方式,这是一种双译码方式,行地址译码器和列地行地址译码器和列地址译码器共
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